基于Proteus的任务驱动型实验教学模式研究

元泽怀，陈晓明

(肇庆学院 电子信息与机电工程学院，广东 肇庆 526061)

基于Proteus的任务驱动型实验教学模式研究

元泽怀，陈晓明

(肇庆学院 电子信息与机电工程学院，广东 肇庆 526061)

介绍了具有开放式与设计性特色的单片机C语言程序设计课程在利用Proteus进行任务驱动型实验教学模式探索方面的实施方法，总结了该课程实施任务驱动型实验教学方法的效果。实践证明，使用Proteus进行系统仿真开发能够把抽象的理论教学与生动活泼的实践教学结合起来，进一步缩短教学与工程实际的距离，有较高的推广应用价值。

虚拟开发环境；任务驱动；实验教学；Proteus软件

现代电子系统设计已进入电子设计自动化时代。虚拟仿真技术是电子设计自动化的一项重要技术，在电子系统的分析、设计、测试及技术改进等方面有着广泛的应用。在电子技术高速发展的今天，新电路、新器件不断涌现，由于实验室受条件的限制，无法及时满足各种电子设计和调试要求，从而影响学生分析和解决问题能力以及创造能力的培养，也不利于培养学生的动手能力和工程综合实践能力。Proteus 嵌入式系统仿真与开发平台是由英国Labcenter公司开发的，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式设计与仿真平台之一，已成为电子工程设计、电子类课程教学领域比较流行的电子线路设计软件。利用该软件的仿真功能可以虚拟出一个设备齐全的电子专业实验室。

单片机C语言程序设计是电子信息类专业的一门必修课程。几年前，肇庆学院结合全国大学生电子设计竞赛的需要，适时把该课程调整到大学一年级第二学期，以尽早培养大一学生学习和利用单片机开发简单电子系统的能力，取得了很好的效果。鉴于大一学生专业基础能力较为薄弱，结合该课程的特点，把授课的重点放在单片机的程序设计开发上，利用Proteus7.8软件优越的单片机仿真调试功能，实现了在无硬件验证平台的情况下，单片机程序设计开发、调试与虚拟硬件平台的无缝对接，学生学习兴趣高涨，课程教学效果好。

本文以单片机C语言程序设计课程实验教学为例，对基于Proteus虚拟仿真环境的任务驱动型实验教学模式的应用进行总结与分析，以对其他课程的实验教学起到一定的借鉴作用。

1 任务驱动型实验教学模式

所谓任务驱动，就是将所要学习的新知识隐含在一项或几项任务中，学生通过对任务进行分析、讨论，明确涉及的知识，并找出其中的新知识，在教师的指导与帮助下找出解决问题的方法，有助于培养学生的自主探究能力和创新能力[1]。任务驱动型实验教学模式以培养学生创新能力为目的，学生在若干个“任务”的驱动下，自己根据实验项目(任务)的要求，独立拟定实验设计方案，设计方案实施步骤，完成实验过程，指导老师只负责对实验方案进行审查，在实验过程中给予必要的启发与引导，实验完成以后对实验结果和报告进行评价。所设计的“任务”内容及要求应具有开放性、探索性和创新性，让学生在“开放的空间”里自由开动脑筋，形成自由学习的氛围[2]。

1.1 任务的选择与设计

任务驱动型实验教学模式的重点和难点在于任务的选择与设计上。实施教学过程中，教师对所选定的工作项目的理解直接影响学生的学习效果。因此，备课时教师需要明确任务要解决的问题，关键点在哪里，需要预测学生在完成任务中易出现的问题，以及如何解决问题等[3]。

单片机C语言程序设计课程的讲授重点放在AVR单片机I/O接口、中断系统、定时/计数器、A/D等基础知识点的编程应用上。为此，课程组围绕这些重点内容安排了发光二极管的移动控制、0～99数字的加减控制、脉宽调制(PWM)、0～5 V数字直流电压表、数字钟、LED点阵屏等设计任务。这些设计任务根据课程教学的进度实现从基础到综合、从单个知识点到多个知识点联合组装电子系统的渐进式学习实践过程，有目的地安排设计任务，紧扣课程教学内容，实现了任务驱动型实验教学模式在该课程的有效运用。

1.2 任务实施

在任务实施之前，先将学生分成若干个设计小组(每组在3人左右为最佳)，由小组成员推荐出小组长，并使学生明确自己的学习目标，以及自己需要解决的问题；在项目的实施过程中，允许学生进行交流、讨论与分析。教师作为一个指导者，要注意观察学生，发现学生出现的问题，积极鼓励每个学生去主动、大胆地完成项目任务。

“以项目驱动为导向”教学法的实施过程虽然没有了“满堂灌”的讲授，但也并没有减轻教师在教学过程中的负担，周密详细的课前备课已远远不够，需要的是教师要能充分关注学生设计任务的实施过程，开展任务实施的中期检查工作，及时收集反馈信息，根据学生反馈的情况及时对教学内容进行动态调整[4]。

1.3 任务实施结果评价

任务实施结果评价是指对学生的学习情况与任务完成情况做出反馈和评价，是总结与提高的重要阶段。通过评价结果可以对学生起到激励、反馈的作用，使学生在一种良好的心理状态下不断学习、进步。评价的内容包括任务的完成情况，各知识点的掌握情况，以及其他的能力获得等。对优秀的设计作品由设计小组在课堂上进行分享讲解，让大家对整个设计任务进行较深入的总结和提高。

2 Proteus的应用

以单片机C程序设计课程设计任务之一——LED显示屏设计为例，说明Proteus7.8软件在任务驱动型实验教学中的应用。

2.1 设计任务及要求

设计一LED点阵显示屏，能动态显示文字和图案。其具体要求包括：(1)显示图形、中/西文字，三条以上广告用语以及图形的播放； (2)模块化设计，若干模块连接可组成给定大小的显示屏(如8×8变为16×32等，至少为16×16)； (3)可选择广告用语； (4)显示方式的变化功能，上移、下移、左移、右移、旋转，显示速度的键盘控制(加速、减速)。

2.2 任务的实施及评价

接到设计任务后，学生首先自由组合组建设计小组；其次，各设计小组根据实验项目(任务)的要求，独立拟定实验设计方案、实施步骤以及系统实现框图；然后，着手进行程序设计开发、仿真调试、硬件设计制作及编写设计报告等工作。整个设计过程大约历时3周。指导教师只负责对设计方案进行审查，在实验过程中给予必要的启发与引导，实验完成以后对实验结果和报告进行评价。某个设计小组的LED显示屏实现方案、Proteus仿真图及仿真后LED显示的部分图案，如图1和图2所示。

图1 LED显示屏实现方案

从学生的任务完成情况看，达到如下教学目的：(1)学生具有掌握运用C语言对AVR单片机进行程序设计的能力，具有初步开展简单电子系统设计开发的能力；(2)学生具有熟练运用Proteus虚拟仿真功能开发调试电子系统的能力，实现了基于虚拟开发环境的无硬件验证平台的电子系统设计；(3)学生从系统实现方案的论证、元器件的选择、程序设计开发到Proteus仿真调试等设计全过程的训练使其实践能力得到提升，在查阅文献的过程中，其专业知识面得到了拓展。

图2 Proteus仿真后LED显示屏显示的部分图案

总的来说，由于Proteus软件超强的单片机虚拟仿真调试功能，使单片机C程序设计课程基于任务驱动型的实验教学模式的实施变得简单易行，学生的学习兴趣得到激发。实践证明，基于虚拟开发环境的任务驱动型实验教学模式是开放型实验教学模式的有效补充和拓展，非常有利于学生实践动手能力和创新能力的培养。

3 结束语

面对着电子系统仿真软件向着网络化、专业化、实时化和具有更高的开放性、可移植性和可扩展性方向发展的趋势，充分应用Proteus软件进行电子技术课程实验教学，是缓解地方院校因实验教学硬件条件不足而存在的教学压力的有效解决办法，也是电子信息技术实践类课程教学改革的有效手段[5]。同时，使用Proteus软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力。实践证明，在使用Proteus进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高电子电路系统设计效率，进一步缩短教学与工程实际的距离，故有较高的推广利用价值[6]。

任务驱动型实验教学模式的探索与实践完全符合我校应用型人才培养的大方向，基于Proteus虚拟开发环境的任务驱动型实验教学模式是推进教学改革和质量工程的有效探索及拓展。今后，我们将在电子信息类专业课程的实验教学中推广应用Proteus虚拟仿真技术，最大限度地开放实验室资源，积极培养大学生的实践动手能力和创新能力，为社会输送更多合格的专业人才。

[1]元泽怀.开放式设计性综合实验课程教学的改革与实践[J].实验室研究与探索,2009,28(11):120-122.

[2]周灵彬,张靖武.Proteus的单片机教学与应用仿真[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(1):76-79.

[3]张文昭,李艳芳,刘爱林,等.任务驱动法和项目教学法整合在单片机课程中的实践[J].湖南科技学院学报,2010,31(12):99-101.

[4]马耀宗,刘道新,谢发勤.改革专业实验课教学方法多途径培养学生素质[J].实验室研究与探索,2008,27(7):111-113.

[5]皮之军,李建海,于敏,等.开放式实验教学模式的研究与探索[J].实验技术与管理,2010,27(5):27-29.

[6]汪晓艳,程超.“任务驱动法”教学的创新思考[J].湖南科技学院学报,2008,29(8):241-243.

Research of Task Driven Experiment Teaching Mode Based on Proteus

YUAN Zehuai， CHEN Xiaoming

(Faculty of Electronic Information and Mechanical Electrical Engineering, Zhaoqing University, Zhaoqing 526061, china)

This paper introduces the implementation of using task driven experiment teaching based on Proteus in the experiment course “MCU C Language Program and Design”，and summaries the effect of the implementation method of task-driven experiment teaching. Practice has proved that Proteus can combine the abstract theory teaching and the vivid practice teaching by using Proteus to the development of system simulation, and has further shortened the distance of theory teaching and engineering practice. So it has the higher value of extension and application.

virtual environment; task driven; experiment teaching; Proteus software

2014-10-12

广东省教育厅2013年质量工程基金资助项目(粤教高函[2013]113号)；肇庆学院教学改革基金资助特别项目(JGYB201201)。

元泽怀(1975-)，男，硕士，高级实验师，主要从事单片机C程序设计、电子设计等课程的教学及实验指导工作。

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.020